摘 要：本文以山東省某連續(xù)梁橋的合龍施工控制技術(shù)為研究對(duì)象，通過(guò)有限元計(jì)算模型，驗(yàn)證了橋體結(jié)構(gòu)在合龍過(guò)程中的穩(wěn)定性，并分析了合龍段混凝土澆注后及運(yùn)營(yíng)期間橋體上下緣的應(yīng)力分布情況。研究結(jié)果表明，跨中合龍段澆注后，單組鎖定工鋼將產(chǎn)生最大899kN的軸力，主梁邊支點(diǎn)附近截面上緣存在約0.55MPa的拉應(yīng)力，理論頂推力為4642kN，建議設(shè)計(jì)采用適當(dāng)?shù)捻斖屏χ担⒃谑┕ち鞒讨忻鞔_要求左右幅橋主跨合龍同步進(jìn)行，保證結(jié)構(gòu)受力合理，為類(lèi)似連續(xù)梁橋的合龍施工提供重要的參考。

關(guān)鍵詞：高速公路；連續(xù)梁；合龍施工

中圖分類(lèi)號(hào)：U 41" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

高速公路連續(xù)梁橋因其良好的跨越能力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益，在交通建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。合龍施工是連續(xù)梁橋建設(shè)中的最后一道關(guān)鍵工序，其施工控制技術(shù)的優(yōu)劣直接影響橋梁的最終質(zhì)量和使用壽命。目前，高速公路連續(xù)梁合龍施工控制主要依據(jù)施工控制理論，例如自適應(yīng)控制法、預(yù)測(cè)控制法等[1]。孟磊[2]使用有限元分析法等數(shù)值模擬技術(shù)為施工控制提供了強(qiáng)有力的理論支持。預(yù)應(yīng)力張拉是連續(xù)梁合龍施工中的核心技術(shù)之一，雷建華等[3]通過(guò)精確控制張拉力和伸長(zhǎng)量，實(shí)現(xiàn)梁段的預(yù)壓應(yīng)力，提高橋梁的整體穩(wěn)定性。姚健東[4]在施工監(jiān)測(cè)中利用無(wú)線傳感技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，提高了施工控制的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。楊磊[5]對(duì)合龍段混凝土澆筑時(shí)的溫度控制進(jìn)行了深入研究，選擇晝夜溫差小的季節(jié)施工、采用溫控設(shè)備等，保證混凝土施工質(zhì)量。林巍杰等[6]為減少兩端懸臂受溫度變化的影響，采用勁性骨架將兩端懸臂臨時(shí)聯(lián)結(jié)，保證合龍段混凝土在凝固過(guò)程中不受張拉或壓縮的超應(yīng)力影響。

1 工程概況

山東省某高速公路（40+60+40）m連續(xù)梁工程，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橫斷面為單箱三室直腹板構(gòu)造。橋體采用掛籃施工，合龍段長(zhǎng)2.0 m，通過(guò)勁性骨架、張拉臨時(shí)合龍鋼束克服溫差效應(yīng)（升、降溫）產(chǎn)生的水平力，保證合龍段混凝土在強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程中不會(huì)被破壞。合龍段勁性骨架主要由主型鋼支撐2I56a和梁體預(yù)埋件組成。主型鋼支撐通過(guò)錨固鋼板焊接在梁體預(yù)埋件上。合龍時(shí)產(chǎn)生的力通過(guò)梁體預(yù)埋件與錨固鋼板間的焊縫傳給主型鋼骨架，然后推動(dòng)整個(gè)梁體自由移動(dòng)。單T構(gòu)澆筑7#段、邊跨澆筑直線段后，進(jìn)行邊跨合龍段施工，邊跨合龍段采用支架形式。當(dāng)兩個(gè)T構(gòu)均完成邊跨合龍段施工后，拆除臨時(shí)固結(jié)進(jìn)行中跨合龍段施工，中跨合龍段施工采用吊架形式。邊跨合龍段鎖定采用“外勁性骨架+臨時(shí)張拉鋼束”方案。合龍段兩側(cè)節(jié)段施工時(shí)須提前預(yù)埋勁性骨架連接鋼板。勁性骨架用來(lái)連接兩端梁，保證合龍段凈空，防止在澆筑合龍段混凝土的過(guò)程中及合龍段混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，出現(xiàn)梁兩端錯(cuò)動(dòng)問(wèn)題，同時(shí)用來(lái)抵抗合龍段因溫度升高而產(chǎn)生的壓應(yīng)力及梁體可能錯(cuò)動(dòng)而引起的豎向剪應(yīng)力。

2 數(shù)值模擬計(jì)算模型

為了驗(yàn)證橋體結(jié)構(gòu)在合龍過(guò)程中的穩(wěn)定性，需要建立有限元數(shù)值計(jì)算模型，模型如圖1所示。中跨合龍段工鋼鎖定后，工鋼將與左右半跨梁橋連接成整體，形成組合連續(xù)梁橋，并將共同承受中跨合龍段混凝土質(zhì)量產(chǎn)生的內(nèi)力。

橋體合龍時(shí)，主墩為固定墩，根據(jù)圖2計(jì)算結(jié)果，跨中合龍段混凝土澆注完后，單組鎖定工鋼將產(chǎn)生最大899 kN的軸力，對(duì)應(yīng)的最大正應(yīng)力為33.3 MPa，主應(yīng)力呈現(xiàn)軸對(duì)稱(chēng)分布。施工階段主梁上緣未出現(xiàn)拉應(yīng)力，主梁懸臂根部下緣最大拉應(yīng)力為0.30 MPa，主梁上緣最大壓應(yīng)力為12.89 MPa，下緣最大壓應(yīng)力為15.73 MPa，小于短暫工況的應(yīng)力限值。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因包括主墩上梁體隨氣溫升高或降低，導(dǎo)致梁體的伸長(zhǎng)和縮短，并使梁體沿縱向產(chǎn)生微小移動(dòng)，通過(guò)合龍段鋼支撐帶動(dòng)邊跨直線段移動(dòng)，支線段一部分作用于支架，邊墩墩頂處作用于支座，支架變形產(chǎn)生的水平力及墩頂支座處產(chǎn)生的縱向摩擦力即為鋼支撐的受力，結(jié)合上述計(jì)算結(jié)果，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及使用要求。

3 合龍段運(yùn)營(yíng)期間應(yīng)力分布

為驗(yàn)證合龍后運(yùn)營(yíng)期間橋體上下緣的應(yīng)力分布情況，對(duì)橋體邊緣應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)營(yíng)前期（不計(jì)10年發(fā)生的應(yīng)力變化）在最不利組合條件下的計(jì)算結(jié)果如圖3所示，運(yùn)營(yíng)后期在最不利組合下（計(jì)入10年發(fā)生的應(yīng)力變化）的結(jié)果如圖4所示。根據(jù)所得計(jì)算結(jié)果，運(yùn)營(yíng)前期（不計(jì)10年發(fā)生的應(yīng)力變化）在最不利組合下，中支點(diǎn)上緣以及主跨跨中底緣的壓應(yīng)力儲(chǔ)備分別為0.63 MPa、3.17 MPa，運(yùn)營(yíng)后期（計(jì)入10年發(fā)生的應(yīng)力變化），在最不利組合下，中支點(diǎn)上緣以及主跨跨中底緣的壓應(yīng)力儲(chǔ)備分別為0.20 MPa、0.91 MPa。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因?yàn)檫吙绲装邃撌性诹憾隋^固，并且鋼束合力作用點(diǎn)位置過(guò)于偏下，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力施加后，梁體上部，尤其是邊支點(diǎn)附近受到的預(yù)壓應(yīng)力不足，而下部則受到較大的預(yù)壓應(yīng)力。這種不平衡的預(yù)應(yīng)力分布導(dǎo)致在外部荷載作用下，邊支點(diǎn)附近截面上緣更容易出現(xiàn)拉應(yīng)力。隨著時(shí)間的推移，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中的預(yù)應(yīng)力會(huì)逐漸損失，包括混凝土徐變、預(yù)應(yīng)力筋松弛、錨具變形等原因?qū)е碌念A(yù)應(yīng)力損失。這些損失使原本設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)備減少，進(jìn)一步加劇了邊支點(diǎn)附近截面上緣出現(xiàn)拉應(yīng)力的風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)，無(wú)論運(yùn)營(yíng)前期或后期，主梁邊支點(diǎn)附近截面上緣均存在0.55 MPa左右拉應(yīng)力，這是邊跨底板鋼束集中在梁端錨固并且鋼束合力作用點(diǎn)位置過(guò)于偏下導(dǎo)致。為避免截面上緣出現(xiàn)拉應(yīng)力，建議采取以下措施：部分底板鋼束可提前截?cái)?，在邊跨現(xiàn)澆段設(shè)齒板錨固，優(yōu)化原設(shè)計(jì)梁端鋼束布置。

4 合龍后頂推力結(jié)算

在全橋合龍后，在預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力以及混凝土收縮徐變次內(nèi)力的作用下，主墩內(nèi)產(chǎn)生向主跨方向的水平剪力，頂推力抵消全部的預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力以及50％收縮徐變引起的次剪力，頂推力計(jì)算見(jiàn)表1。

計(jì)算得到的理論頂推力為4642 kN，設(shè)計(jì)采用3800 kN的頂推力偏小。建議設(shè)計(jì)根據(jù)計(jì)算結(jié)果適當(dāng)調(diào)整頂推力。理論頂推力是假設(shè)合龍時(shí)刻溫度為20℃的情況下，使本橋成橋后保持均衡受力狀態(tài)的理論解。施工中一般要求在溫度相對(duì)低時(shí)進(jìn)行主橋合龍，實(shí)際合龍時(shí)的溫度會(huì)與設(shè)計(jì)假設(shè)合龍溫度有偏差，因此，為了消除此偏差對(duì)結(jié)構(gòu)受力帶來(lái)的影響，保證成橋后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)與計(jì)算的理想狀態(tài)保持一致，可以通過(guò)修正頂推力來(lái)實(shí)現(xiàn)。施工至合龍前，對(duì)主梁實(shí)施預(yù)頂推1000 kN，測(cè)出主墩頂產(chǎn)生的水平位移W，假設(shè)合龍時(shí)的實(shí)際溫度為t1℃，理論頂推力為F理論，則修正頂推力值F修的計(jì)算過(guò)程如公式（1）所示，計(jì)算頂推力為100 t，分布如圖5所示。

5 技術(shù)控制措施

橋體上部結(jié)構(gòu)采用分離式，主墩基礎(chǔ)采用整體式，抵抗船舶撞擊力等偶然荷載時(shí)有明顯的優(yōu)勢(shì)。但左右幅基礎(chǔ)連成一體，因此要求兩幅橋在主跨合龍前施加頂推力這個(gè)關(guān)鍵工序上必須同時(shí)同步，才能保證實(shí)際的結(jié)構(gòu)受力與計(jì)算模型一致。如果兩幅橋主跨合龍分先后實(shí)施，因下部結(jié)構(gòu)的剛度與理論計(jì)算存在差異，那么頂推力就無(wú)法達(dá)到使主墩結(jié)構(gòu)受力均衡的目的，甚至?xí)怪鞫盏氖芰Σ焕?。建議設(shè)計(jì)在施工流程圖中明確要求左、右幅橋主跨合龍同步進(jìn)行，保證結(jié)構(gòu)受力合理。

在邊跨現(xiàn)澆段設(shè)置齒板錨固，更有效地將預(yù)應(yīng)力傳遞到梁體上部。齒板錨固能夠提高錨固點(diǎn)的剛度和穩(wěn)定性、預(yù)應(yīng)力的傳遞效率。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力分析，適當(dāng)增加預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量或增加預(yù)應(yīng)力值，擴(kuò)大整個(gè)結(jié)構(gòu)的預(yù)壓應(yīng)力儲(chǔ)備，有助于降低外部荷載作用下產(chǎn)生的拉應(yīng)力。在設(shè)計(jì)階段，需要充分考慮混凝土徐變、預(yù)應(yīng)力筋松弛等因素導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失，合理估算并預(yù)留足夠的預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)備。在橋梁運(yùn)營(yíng)期間，要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與維護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理可能出現(xiàn)的問(wèn)題。通過(guò)定期檢測(cè)預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力狀態(tài)和橋梁結(jié)構(gòu)的變形情況，可以評(píng)估結(jié)構(gòu)的健康狀況并采取相應(yīng)的維護(hù)措施。

6 結(jié)論

在跨中合龍段澆注完后，單組鎖定工鋼產(chǎn)生的最大軸力為899 kN，主梁懸臂根部下緣最大拉應(yīng)力為0.30 MPa，主梁上緣最大壓應(yīng)力為12.89 MPa，下緣最大壓應(yīng)力為15.73 MPa，小于短暫工況的應(yīng)力限值。主梁邊支點(diǎn)附近截面上緣均存在0.55 MPa左右拉應(yīng)力，主要原因是邊跨底板鋼束集中在梁端錨固并且鋼束合力作用點(diǎn)位置過(guò)于偏下，部分底板鋼束可提前截?cái)?，在邊跨現(xiàn)澆段設(shè)齒板錨固。

主墩內(nèi)產(chǎn)生向主跨方向的水平剪力，計(jì)算得到的理論頂推力為4642 kN，可以設(shè)計(jì)在施工流程圖中明確要求左、右幅橋主跨合龍同步進(jìn)行，在邊跨現(xiàn)澆段設(shè)置齒板錨固，保證結(jié)構(gòu)受力合理。

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